NTN TECHNICAL REVIEW No.73（2005） [ 製品紹介 ] ステアリング用等速ジョイント（CSJ） Constant Velocity Steering Joint (CSJ) 山崎健太* Kenta YAMAZAKI 自動車のステアリング設計レイアウトの自由度を大幅に向上する，最大作動角48°まで使用可能な，軽量・コンパクトでガタのないステアリング専用等速ボールジョイントを開発した． In a cars steering system, Close or Cardan joints typically were used. However, because of the nature of non-constant velocity joints, we are required to use two joints with special geometrical construction to obtain constant velocity performance. To improve this situation, a new constant velocity steering joint (CSJ) has been developed. This paper reports the summary of the concept, design and characteristics of the new joint. Adding the original idea to the reliable know-how of constant velocity universal joint, a smooth and nonbacklash feeling has been achieved. において等速で滑らかな作動を実現する，世界初のス 1. まえがきテアリング専用ボールタイプ等速ジョイント『CSJ』を開発した．本稿では，『CSJ』の特長と基本的な機自動車のステアリング装置に使用されるジョイント能試験結果を紹介する．として，従来クロスジョイント（カルダンジョイントとも呼ばれる）（図8参照）が使われている．このジョイントは等速ジョイントではないため，1ジョイン 2. 従来の技術トで大きな角度をとると回転角速度変動とそれに伴うトルク変動が発生し，ステアリングフィーリングを悪ステアリング用ジョイントには，回転方向ガタが無化させる．これを回避するために，2個のジョイントく滑らかに作動し，作動角が大きくかつコンパクトでを設定角度が等しくなるように組み合わせ，さらに，あることが要求される．現在，ステアリング用等速ジ互いの回転角速度変動を打ち消し合う回転方向位相にョイントとしては，クロスジョイントを2個組合せ，配置することで等速性を確保している．センタリング機構を持つことで 1ジョイントで等速性近年，車両の小型・軽量化と室内スペースを両立すを発揮するダブルカルダンジョイント(D-CJ)（図9参るため，益々エンジンルーム内のスペースが少なくな照）が量産されているが，大きさと重さ，さらに捩りり，等速性の確保を目的とするステアリングレイアウ剛性が低いなどの課題があった．また，D-CJには2 ト（2ジョイントの角度合わせ）が採りづらくなってつのタイプ（疑似等速タイプと完全等速タイプ）があきている．り，設定角度以外では等速性が損なわれたり，首振り NTN では，ドライブシャフトで実績のある等速ジ角度の範囲が狭いなどの欠点を持っていた（表1参照）．ョイントのノウハウと独自構造により，全作動角領域 *自動車商品本部等速ジョイント技術部 -84- ステアリング用等速ジョイント（CSJ）持ち上げられ，ボール溝すきまが詰められる機構とし 3. CSJの構造た．この構造では，長期にわたる使用により各部品の CSJの基本構造は，ドライブシャフト用として多接触部に僅かな摩耗が発生しても，ばね作用により自用されているBJ（トラックオフセットタイプの固定動的にすきま詰めされるため，ガタのない状態を維持式等速ジョイント）と同様である．但し，通常のBJ することができる．は，アウタレース及びインナレースに形成されたボーさらに，各部品の形状及び各部すきまの最適化を図ル溝とボールとの間には僅かなすきまが存在し回転方り，それに合わせてばね力を適正化することにより，向ガタが発生するため，ガタを嫌うステアリング用と全角度領域での回転方向ガタ詰めと円滑な回転作動のしては不適当である．また，ガタ詰を目的としてボー両立を図った．ル溝とボール間の隙間を締代設定とすると，組付けられない問題がある． 4. 各種性能特性これらの背反する問題点を解決する手段として，ジ 4. 1 回転方向ガタョイント内部にプランジャとスフェリカルプレートを追加した（図1参照）．シャフト先端にばねとボール D-CJとの比較結果を図3に示す．をセットにしたプランジャを設け，ボールがばね力に CSJは，ガタがなく，現行のステアリング用ダブよりケージに嵌合されたスフェリカルプレートを押圧ルカルダンジョイント(D-CJ)と比較して，高い捩りする構造としたことで，図2に示すように，内輪のみ剛性を示す．が図の右方向に移動し，ボールが外輪に接触するまで内輪シャフトバンド CSJ 外輪スフェリカルプレートプランジャーバンドケージボール + ブーツ CSJ D-CJ 図1 構造図 Structure 捩りトルクスフェリカルプレート 0 軸方向変位プランジャ - - 0 捩れ角度 + 図3 回転方向ガタ（ジョイント角度30°） Rotational back lash 図2 ガタ詰め機構説明図 Structure to reduce rotational play -85- NTN TECHNICAL REVIEW No.73（2005） 4. 2 回転トルク運転時間目標寿命目標寿命×2 D-CJとの比較結果を図4に示す． CSJの回転トルクは僅かにD-CJより大きいが許容範囲内でありトルク変動がないため，ステアリング用試験結果条件 A 不具合なし条件 B 不具合なしジョイントに適した特性を持つ．図5 耐久試験結果 Endurance test results + CSJ 捩りトルク回転トルク D-CJ 未破損開発目標 0 0 60 120 180 240 回転角度 deg 300 360 ±0 103 104 図4 回転トルク（無負荷時）（ジョイント角度30°） Rotating torque 105 106 107 捩り回数図6 両振り捩り疲労試験結果（ジョイント角度48°） Torsional fatigue strength 5. 耐久性及び強度図5に耐久試験結果，図6，図7に強度試験結果を破損トルク示す．耐久･強度とも目標レベルを十分満足しており，実用に供し得ると判断する．開発目標 6. 各種ステアリング用等速ジョイントとの比較結果 0 CSJは，他社製ダブルカルダンジョイントと比較して軽量・コンパクトであり，かつ許容作動角度も大を大幅に改善可能である．表1 ステアリング用等速ジョイント比較 Comparison of constant velocity steering joint 外径重量占有体積作動角度 φ64 ｍｍＡ社製 B社製ダブルカルダンジョイントダブルカルダンジョイント φ61.5 ｍｍ φ70 ｍｍ 441ｇ 970ｇ 830ｇ 160 cm3 327 cm3 270 cm3 0〜48 deg 0〜47 deg （全域完全等速）（疑似等速タイプ）※ 10 20 30 ジョイント角度 40 図7 静捩り試験結果 Static torsion strength きいため，ステアリングシステムのレイアウト自由度 CSJ 0 40〜48 deg （完全等速タイプ） ※設定角度を外れると等速性が損なわれる． -86- 50 ステアリング用等速ジョイント（CSJ） 7. まとめ自動車のステアリング専用等速ジョイントとして開発したCSJは，従来のBJに対してジョイント内部に独自の予圧付与機構を追加すると共に内部すきまなど 1 3 の最適化を図り，最大許容作動角度 48度までの全作 2 動角度範囲において回転方向バックラッシュの抑制と滑らかな回転作動の両立を実現し，さらに十分な耐久性と強度を有した，ステアリングシステムに最適な等 1軸受 2クロススパイダ 3軸受シール 4ヨーク 4 速ジョイントとすることができた． CSJは，ジョイント1個でも等速でスムーズな回転伝達を確保できることから，カルダンジョイント2個使いに必要なジョイント角度合わせと回転方向位相合 1）図8 クロスジョイント（カルダンジョイント） Crose joint (Cardan joint) わせが不要であり，かつ，ダブルカルダンジョイントと比較して軽量・コンパクト化を図ったことで，ステアリング装置の設計レイアウト自由度を大幅に改善すソケットることができる．今後，自動車のさらなる高機能化やアウタシールインナシールソケットヨークセンタリングポールコンパクト化のニーズにおいて，ステアリングシステムを成立させ得る唯一の等速ジョイントとして期待にニードルローラチューブヨーク応えられるものと確信している．ベアリングカップカップリングヨークブッシュソケットヨークニードルローラ参考文献 1）社団法人自動車技術会自動車技術ハンドブック設計編（1991）スパイダ図9 ダブルカルダンジョイント1） Double cardan joint 執筆者近影山崎健太自動車商品本部等速ジョイント技術部 -87-